Чому потрібно компенсувати реактивну потужність

В умовах дефіциту і збільшення вартості енергоресурсів, зростання обсягів виробництва та інфраструктури міст все більш актуальною стає проблема енергозбереження і зокрема, економії електроенергії. Більшість електричних установок поряд з активною потужністю споживають і реактивну потужність, яка витрачається на створення електромагнітних полів і є непотрібною для споживача. Наявність реактивної потужності знижує якість електроенергії, що призводить до таких явищ, як збільшення плати за електроенергію, додаткові втрати і перегрів дротів, перевантаження підстанцій, необхідність завищення потужності трансформаторів і перерізу кабелів, просадки напруги в електромережі. В даний час приріст споживання реактивної потужності перевищує зростання споживання активної потужності внаслідок бурхливого впровадження сучасних элетротехнических і радіотехнічних пристроїв (системи освітлення та реклами, кондиціювання, частотні перетворювачі електроприводів, імпульсні блоки живлення тощо). Для зниження реактивної потужності найбільш часто застосовують конденсаторні установки.

Переваги конденсаторних установок:

- малі втрати (до 0,5 Вт на 1 кВар потужності);
- простий монтаж і експлуатація;
- можливість підключення в будь-якій точці електромережі;
- невеликі експлуатаційні витрати;
- можливість компенсації практично будь реактивної потужності;
- фантастично швидка окупність (до одного року).

Виходячи з економічної політики, проведеної НКРЕ слід очікувати подальшого підвищення тарифів на спожиту активну, а так само реактивну електроенергію. Це змушує споживачів електроенергії переглядати політику енергозбереження.

Які проблеми допоможуть вирішити конденсаторні установки:

- знизити оплату за спожиту реактивну потужність;
- після зменшення реактивної потужності, ми гарантуємо зниження активної потужності;
- забезпечити подачу електроенергії по кабелю з меншим перетином;
- уникнути глибокої просадки напруги на лініях електроживлення віддалених споживачів;
- якщо пуск і роботу електродвигунів ускладнені.

У загальному підсумку ми підвищуємо якість електроенергії.

Де потрібна компенсація реактивної потужності:

Компенсація реактивної потужності особливо необхідна для споживачів, що мають низький косинус фі. В першу чергу, це стосується споживачів з великим числом експлуатованих асинхронних двигунів (косинус фі ~ 0.7), особливо в режимі їх недозавантаженості (косинус фі ~ 0.5), підйомних механізмів (косинус фі ~ 0.5) та ін.

За місцем підключення розрізняють такі схеми компенсації реактивної потужності:

загальна - на вводі підприємства;
групова - на лінії електропостачання групи однотипних споживачів;
індивідуальна - конденсаторна установка встановлюється в безпосередній близькості до споживача з низьким косинусом фі;
змішана - похідна між загальною та індивідуальною.

Причини виникнення реактивної потужності:

В електричних ланцюгах при чисто активному навантаженні протікає струм не випереджає і не запізнюється від напруги. При індуктивному навантаженні струм відстає від напруги, при ємнісний - випереджає напругу. Індуктивний характер навантаження має при роботі електродвигунів, компресорів, електромагнітів та ін, що найбільш типово для більшості споживачів. В цьому випадку знижується коефіцієнт потужності і для його підвищення необхідно підключати ємнісне навантаження, яка компенсує індуктивну складову. В ідеалі це призводить до того, що результуюча навантаження стає чисто активної і коефіцієнт потужності набуває максимальне значення. Для цього служать конденсаторні установки, в автоматичному режимі, що компенсують реактивну потужність і тим самим, знижують загальні втрати споживача. Зокрема, при підвищення косинуса фі з 0.5 до 0.9 зниження загальної споживаної потужності становить 44%.

Різновиди конденсаторних установок:

Як комутуючого елемента в конденсаторних установках можуть застосовуватись електромеханічні реле (контактори) або тиристори. Релейні конденсаторні установки отримали найбільш широке поширення в силу більш простий реалізації і низької вартості в порівнянні з тиристорними конденсаторними установками. Однак там, де навантаження має резкопеременный характер, для компенсації реактивної потужності доцільно застосовувати саме тиристорні конденсаторні установки, так як вони володіють більш високою швидкодією. А факт того, що комутація конденсаторів в тиристорних конденсаторних установках відбувається при нульовому значенні струму, значно збільшує термін служби як конденсаторних батарей, так і всієї установки в цілому. Для захисту від перегріву, при проектуванні тиристорної конденсаторної установки необхідно приділяти особливу увагу розрахунком її теплового режиму і передбачити примусову вентиляцію тиристорів.

Для енергозбереження також застосовуються так звані конденсаторні установки змішаного типу, коли основна ємність комутується релейними установками, а проміжна — менш потужними тиристорними. В цьому випадку досягається максимальний ефект — велика частина реактивної енергії, в більшості випадків має інерційний характер, компенсується з допомогою конденсаторних батарей, керованих недорогими контакторами, а швидкі і порівняно малі зміни характеру навантаження компенсуються конденсаторними батареями, що підключаються через тиристори. В цьому випадку досягається зниження витрат на впровадження і експлуатацію конденсаторних установок та підтримання максимального коефіцієнта потужності, в тому числі і при різких змінах косинуса фі в електромережі.

Крім цього існують специфічні установки компенсації реактивної потужності, не містять конденсатори, в яких фазовий зсув між струмом і напругою компенсується з допомогою генераторів струму, побудованих на нелінійних елементах або синхронних генераторах, однак вони не отримали широкого поширення внаслідок складності технічної реалізації та їх високої вартості.

По напрузі конденсаторні установки підрозділяються на низьковольтні (0.4 кВ) та високовольтний (6.3, 10 кВ).

Вплив вищих гармонік на термін служби конденсаторних установок:

В сучасних мережах електропостачання навантаження нерідко має нелінійний характер внаслідок застосування напівпровідникових перетворювачів змінного струму (наприклад при роботі імпульсних стабілізаторів і перетворювачів електроенергії). Це призводить до появи вищих гармонік струму, які за своєю величиною стають сумірними з першої (50 Гц) гармонікою. Наприклад, в шестиполупериодных перетворювачах електроенергії дуже вагомою є третя гармоніка (150 Гц). Конденсатори в установках компенсації реактивної потужності в сукупності з індуктивністю навантаження можуть утворювати коливальні контури, близькі по частоті резонансу до частоти одного з вищих гармонік. Це може призвести до значного збільшення струму конденсаторів і істотно скоротити їх термін служби. А перенапруги, що виникають при резонансі на елементах конденсаторної установки та навантаження можуть призвести до пробою ізоляції. Для усунення подібних проблем на етапі обстеження об'єкта до впровадження конденсаторних установок компенсації реактивної потужності необхідно проводити аналіз спектру струму споживаної електроенергії. При виявленні вищих гармонік, порівнянних з першою гармонікою, застосовуються фільтри-пробки, налаштовані на частоту найбільш значних гармонік.